(57)【要約】【課題】トレンチ型パワートランジスタの提供。【解決手段】トレンチ型パワートランジスタは、ソース、ドレイン、第１ゲート、第２ゲート、ボディダイオードおよびボディ領域コンタクトダイオードを備え、ボディダイオードとボディ領域コンタクトダイオードとが直列に接続され、第１ゲートは、ゲート電圧によって第１電流チャネルのオン・オフを制御し、第２ゲートは、ソースに接続され、ソース電圧によって第２電流チャネルのオン・オフを制御する。【選択図】図９
2019537842.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｎ型ドレイン領域および前記ｎ型ドレイン領域の上に位置するｎ型ドリフト領域と、導電層と、ゲートトレンチと、第１電流チャネルと、第２電流チャネルとを備え、
前記ｎ型ドリフト領域に少なくとも２つのｐ型ボディ領域が設けられ、前記ｐ型ボディ領域にｐ型ボディコンタクト領域、第１のｎ型ソース領域および第２のｎ型ソース領域が設けられ、
前記導電層は、前記ｐ型ボディコンタクト領域の上に位置し、前記ｐ型ボディコンタクト領域と前記導電層がボディ領域コンタクトダイオード構造を形成し、
前記導電層は、前記ボディ領域コンタクトダイオード構造のカソードであり、前記ｐ型ボディコンタクト領域は、前記ボディ領域コンタクトダイオード構造のアノードであり、
前記ゲートトレンチは、隣接する２つの前記ｐ型ボディ領域の間に位置し、且つ前記ｎ型ドリフト領域内に凹み、内部にゲート誘電体層、第１ゲートおよび第２ゲートが設けられ、
前記第１電流チャネルは、前記ｐ型ボディ領域に位置し、且つ前記第１のｎ型ソース領域と前記ｎ型ドリフト領域との間に介在し、
前記第１ゲートは、ゲート電圧によって前記第１電流チャネルのオン・オフを制御し、
前記第２電流チャネルは、前記ｐ型ボディ領域に位置し、且つ前記第２のｎ型ソース領域と前記ｎ型ドリフト領域との間に介在し、
前記第２ゲート、第１のｎ型ソース領域および第２のｎ型ソース領域と前記導電層とは、電気的に接続され、それぞれソース電圧に接続され、前記第２ゲートは、ソース電圧によって前記第２電流チャネルのオン・オフを制御する、トレンチ型パワートランジスタ。
【請求項２】
前記第１電流チャネルのオン電圧は、前記第２電流チャネルのオン電圧よりも大きい、請求項１に記載のトレンチ型パワートランジスタ。
【請求項３】
前記導電層は、前記ｐ型ボディ領域の上に位置するソース金属コンタクト層であり、前記ｐ型ボディコンタクト領域のドーピング濃度は、前記ｐ型ボディ領域のドーピング濃度の最大ピーク値よりも低く、前記ｐ型ボディコンタクト領域と前記ソース金属コンタクト層とがショットキーバリアダイオード構造を形成する、請求項１に記載のトレンチ型パワートランジスタ。
【請求項４】
前記第２ゲート、前記第１のｎ型ソース領域および前記第２のｎ型ソース領域は、前記ソース金属コンタクト層を介して接続され、前記ソース金属コンタクト層は、外部のソース電圧に接続される、請求項３に記載のトレンチ型パワートランジスタ。
【請求項５】
前記導電層は、前記ｐ型ボディ領域に位置するｎ型ドーピング領域であり、前記ｎ型ドーピング領域と前記ｐ型ボディコンタクト領域とがシリコン系ボディ領域コンタクトダイオード構造を形成する、請求項１に記載のトレンチ型パワートランジスタ。
【請求項６】
前記第２ゲートは、ソース金属コンタクト層を介して前記第１のｎ型ソース領域、前記第２のｎ型ソース領域、および前記ｎ型ドーピング領域に接続され、前記ソース金属コンタクト層は、外部のソース電圧に接続される、請求項５に記載のトレンチ型パワートランジスタ。
【請求項７】
前記第１ゲートおよび前記第２ゲートは、前記ゲートトレンチの内部の両側に設けられ、前記第１ゲートおよび前記第２ゲートは、前記ゲートトレンチ内で絶縁誘電体層によって分離される、請求項１に記載のトレンチ型パワートランジスタ。
【請求項８】
前記ｎ型ドリフト領域に凹んだシールドゲートトレンチを更に備え、前記シールドゲートトレンチの開口は、前記ゲートトレンチの底部に位置し、前記シールドゲートトレンチに第３ゲートが設けられ、前記第３ゲートは、絶縁誘電体層を介して前記ｎ型ドリフト領域、前記第１ゲート、および前記第２ゲートから分離され、前記第３ゲート、前記第１のｎ型ソース領域、前記第２のｎ型ソース領域、および前記第２ゲートと前記導電層とは、電気的に接続され、それぞれエミッタ電圧に接続される、請求項１に記載のトレンチ型パワートランジスタ。
【請求項９】
前記第３ゲートは、前記ゲートトレンチ内まで上へ延在する、請求項８に記載のトレンチ型パワートランジスタ。
【請求項１０】
前記ｐ型ボディ領域の下方に位置するｐ型コラムエピタキシャルドーピング領域を更に備え、スーパージャンクション構造を形成するように、前記ｐ型コラムエピタキシャルドーピング領域のドーパント不純物と、隣接する前記ｎ型ドリフト領域のドーパント不純物とは、電荷バランスを形成する、請求項１に記載のトレンチ型パワートランジスタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、半導体パワーデバイスの技術分野に関し、例えば、トレンチ型パワートランジスタに関する。
【背景技術】
【０００２】
関連技術のトレンチ型パワートランジスタの断面構造は、図１に示すように、ドレイン金属コンタクト層７０を介してドレイン電圧に接続されるｎ型ドレイン領域３１と、ｎ型ドレイン領域３１の上に位置するｎ型ドリフト領域３０とを備え、ｎ型ドリフト領域３０に複数のｐ型ボディ領域３３が形成され、ｐ型ボディ領域３３とｎ型ドリフト領域３０との間に、トレンチ型パワートランジスタに寄生するボディダイオード構造が形成される。ｐ型ボディ領域３３にｐ型ボディコンタクト領域３８が形成され、ｐ型ボディコンタクト領域３８のドーピング濃度がｐ型ボディ領域３３のドーピング濃度の最大ピーク値よりも高く、それにより、ｐ型ボディコンタクト領域３８とソース金属コンタクト層４７とがオーミックコンタクト構造を形成する。ｐ型ボディ領域３３に、ｐ型ボディコンタクト領域３８の両側にそれぞれｎ型ソース領域３４が形成される。隣接する２つのｐ型ボディ領域３３の間に位置し、且つｎ型ドリフト領域３０内に凹んだゲートトレンチに、ゲート誘電体層３５およびゲート３６が形成され、ゲート３６は、ゲート電圧によって電流チャネルのオン・オフを制御する。絶縁誘電体層５０は層間絶縁層であり、絶縁誘電体層５０は金属層の間を分離するために用いられる。
【０００３】
図１に示すトレンチ型パワートランジスタの等価回路の模式図は、図２に示すように、ドレイン１０１、ソース１０２、ゲート１０３、およびボディダイオード１０４を備える。ここで、ボディダイオード１０４は、パワートランジスタにおける固有寄生構造である。トレンチ型パワートランジスタの動作原理として、１）ゲート−ソース間電圧Ｖｇｓがトレンチ型パワートランジスタの閾値電圧Ｖｔｈよりも小さく、ドレイン−ソース間電圧Ｖｄｓが０Ｖよりも大きい場合、トレンチ型パワートランジスタはオフ状態にあり、２）ゲート−ソース間電圧Ｖｇｓがトレンチ型パワートランジスタの閾値電圧Ｖｔｈよりも大きく、ドレイン−ソース間電圧Ｖｄｓが０Ｖよりも大きい場合、トレンチ型パワートランジスタは順方向にオンされ、この時、電流は、ドレインからゲートによって制御される電流チャネルを介してソースに流れる。関連技術のトレンチ型パワートランジスタは、オフ時に、ドレイン−ソース間電圧Ｖｄｓが０Ｖよりも小さい場合、トレンチ型パワートランジスタに寄生するボディダイオードは順バイアス状態にあり、逆電流はソースからボディダイオードを介してドレインに流れ、この時、ボディダイオードの電流に少数キャリアが注入された現象が存在し、これら少数キャリアは、ボディダイオードが再び逆バイアスした時に逆回復し、大きな逆回復電流を引き起こし、逆回復時間が長い。少数キャリアが生じた逆回復電流は、パワートランジスタの損失を増加させ、システムの効率を低減するとともに、上下トランジスタの貫通を引き起こしてデバイスを焼損し、パワートランジスタの安全動作に影響を及ぼしやすい。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本開示は、関連技術におけるトレンチ型パワートランジスタの少数キャリアの注入問題による逆回復時間が長い問題を解決するために、高速逆回復機能を有するトレンチ型パワートランジスタを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示は、出願日が２０１７年１１月１日で、出願番号が２０１７１１０５８０７８．９である中国特許出願、出願日が２０１７年１１月１日で、出願番号が２０１７１１０５８０８５．９である中国特許出願、および出願日が２０１７年１１月１日で、出願番号が２０１７１１０５８２０５．５である中国特許出願に対して、優先権の利益を主張するものであり、上記出願の全ての内容を引用により本開示に援用する。
【０００６】
トレンチ型パワートランジスタは、ｎ型ドレイン領域および前記ｎ型ドレイン領域の上に位置するｎ型ドリフト領域と、導電層と、ゲートトレンチと、第１電流チャネルと、第２電流チャネルとを備え、
前記ｎ型ドリフト領域に少なくとも２つのｐ型ボディ領域が設けられ、前記ｐ型ボディ領域にｐ型ボディコンタクト領域、第１のｎ型ソース領域および第２のｎ型ソース領域が設けられ、通常、前記ｐ型ボディコンタクト領域が前記第１のｎ型ソース領域と前記第２のｎ型ソース領域との間に設けられ、
前記導電層は、前記ｐ型ボディコンタクト領域の上に位置し、前記ｐ型ボディコンタクト領域と前記導電層がボディ領域コンタクトダイオード構造を形成し、
前記導電層は前記ボディ領域コンタクトダイオード構造のカソードであり、前記ｐ型ボディコンタクト領域は前記ボディ領域コンタクトダイオード構造のアノードであり、
前記ゲートトレンチは、隣接する２つの前記ｐ型ボディ領域の間に位置し、且つ前記ｎ型ドリフト領域内に凹み、内部にゲート誘電体層、第１ゲートおよび第２ゲートが設けられ、
前記第１電流チャネルは、前記ｐ型ボディ領域に位置し、且つ前記第１のｎ型ソース領域と前記ｎ型ドリフト領域との間に介在し、
前記第１ゲートは、ゲート電圧によって前記第１電流チャネルのオン・オフを制御し、
前記第２電流チャネルは、前記ｐ型ボディ領域に位置し、且つ前記第２のｎ型ソース領域と前記ｎ型ドリフト領域との間に介在し、
前記第２ゲート、第１のｎ型ソース領域および第２のｎ型ソース領域と前記導電層とは、電気的に接続され、それぞれソース電圧に接続され、前記第２ゲートは、ソース電圧によって前記第２電流チャネルのオン・オフを制御する。
【０００７】
一実施例において、前記第１電流チャネルのオン電圧は、前記第２電流チャネルのオン電圧よりも大きい。
【０００８】
一実施例において、前記導電層は、前記ｐ型ボディ領域の上に位置するソース金属コンタクト層であり、前記ｐ型ボディコンタクト領域のドーピング濃度は、前記ｐ型ボディ領域のドーピング濃度の最大ピーク値よりも低く、前記ｐ型ボディコンタクト領域と前記ソース金属コンタクト層とがショットキーバリアダイオード構造を形成し、前記ソース金属コンタクト層はカソードであり、前記ｐ型ボディコンタクト領域はアノードである。
【０００９】
一実施例において、前記第２ゲート、第１のｎ型ソース領域および第２のｎ型ソース領域は、前記ソース金属コンタクト層を介して接続され、前記ソース金属コンタクト層は、外部のソース電圧に接続される。
【００１０】
一実施例において、前記導電層は、前記ｐ型ボディ領域の上に位置するｎ型ポリシリコン層であり、前記ｎ型ポリシリコン層と前記ｐ型ボディコンタクト領域とがシリコン系ボディ領域コンタクトダイオード構造を形成し、前記ｎ型ポリシリコン層はカソードであり、前記ｐ型ボディコンタクト領域はアノードである。
【００１１】
一実施例において、前記ｎ型ポリシリコン層は、前記第２ゲート、第１のｎ型ソース領域、および第２のｎ型ソース領域に接続して接続され、前記ｎ型ポリシリコン層は、ソース金属コンタクト層を介して外部のソース電圧に接続される。
【００１２】
一実施例において、前記ｎ型ポリシリコン層は、前記第１のｎ型ソース領域および第２のｎ型ソース領域に接触して接続され、前記第２ゲートは、ソース金属コンタクト層を介して前記ｎ型ポリシリコン層に接続され、前記ソース金属コンタクト層は、外部のソース電圧に接続される。
【００１３】
一実施例において、前記導電層は、前記ｐ型ボディ領域に位置するｎ型ドーピング領域であり、前記ｎ型ドーピング領域は、前記第１のｎ型ソース領域と第２のｎ型ソース領域との間に位置し、前記ｎ型ドーピング領域と前記ｐ型ボディコンタクト領域とがシリコン系ボディ領域コンタクトダイオード構造を形成し、前記ｎ型ドーピング領域はカソードであり、前記ｐ型ボディコンタクト領域はアノードである。
【００１４】
一実施例において、前記第２ゲートは、ソース金属コンタクト層を介して前記第１のｎ型ソース領域、第２のｎ型ソース領域、およびｎ型ドーピング領域に接続され、前記ソース金属コンタクト層は、外部のソース電圧に接続される。
【００１５】
一実施例において、前記第１ゲートおよび第２ゲートは、前記ゲートトレンチの内部の両側に設けられ、前記第１ゲートと第２ゲートとは、前記ゲートトレンチ内で絶縁誘電体層によって分離される。
【００１６】
一実施例において、前記ゲートトレンチは、第１ゲートトレンチおよび第２ゲートトレンチを含み、前記第１ゲートトレンチにゲート誘電体層および第１ゲートが設けられ、前記第２ゲートトレンチにゲート誘電体層および第２ゲートが設けられ、前記第１ゲートトレンチと第２ゲートトレンチとは、前記ｎ型ドリフト領域によって分離される。
【００１７】
一実施例において、トレンチ型パワートランジスタは、前記ｎ型ドリフト領域に凹んだシールドゲートトレンチを更に備え、前記シールドゲートトレンチの開口は、前記ゲートトレンチの底部に位置し、前記シールドゲートトレンチに第３ゲートが設けられ、前記第３ゲートは、絶縁誘電体層を介して前記ｎ型ドリフト領域、前記第１ゲート、および前記第２ゲートから分離され、前記第３ゲート、第１のｎ型ソース領域、第２のｎ型ソース領域および第２ゲートと導電層とは、電気的に接続され、それぞれエミッタ電圧に接続される。
【００１８】
一実施例において、前記第３ゲートは、前記ゲートトレンチ内まで上へ延在する。
【００１９】
一実施例において、トレンチ型パワートランジスタは、前記ｐ型ボディ領域の下方に位置するｐ型コラムエピタキシャルドーピング領域を更に備え、スーパージャンクション構造を形成するように、前記ｐ型コラムエピタキシャルドーピング領域のドーパント不純物と、隣接する前記ｎ型ドリフト領域のドーパント不純物とは、電荷バランスを形成する。
【発明の効果】
【００２０】
本開示に係るトレンチ型パワートランジスタでは、オフ時に、ソース電圧がドレイン電圧よりも大きい場合、ボディ領域コンタクトダイオードはマイナスバイアス状態にあるため、ボディダイオードに流れる逆電流を大幅に低減でき、ボディダイオード内の少数キャリアを大幅に低減でき、更に、パワートランジスタの逆回復電荷および逆回復時間を減少でき、パワートランジスタは高速の逆回復機能を実現できる。それと同時に、ソース−ドレイン間電圧が第２電流チャネルのオン電圧に達した場合、第２ゲートによって制御される第２電流チャネルがオンされ、この時、逆電流は、ソースから、第２ゲートによって制御される第２電流チャネルを介してドレインに流れる。
【００２１】
本開示の模式的な実施例の技術案を説明するために、以下、実施例を説明するための図面について説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】関連技術のトレンチ型パワートランジスタの断面構造模式図である。
【図２】図１に示すトレンチ型パワートランジスタの等価回路の模式図である。
【図３】一実施例に係るトレンチ型パワートランジスタの断面構造模式図である。
【図４】一実施例に係るトレンチ型パワートランジスタの平面構造模式図である。
【図５】図４に示すトレンチ型パワートランジスタのＡＡ方向に沿う断面構造模式図である。
【図６】一実施例に係る他のトレンチ型パワートランジスタの断面構造模式図である。
【図７】一実施例に係る他のトレンチ型パワートランジスタの断面構造模式図である。
【図８】一実施例に係る他のトレンチ型パワートランジスタの断面構造模式図である。
【図９】一実施例に係るトレンチ型パワートランジスタの等価回路の模式図である。
【図１０】一実施例に係る他のトレンチ型パワートランジスタの断面構造模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本実施例における図面を参照しながら、具体的な形態により、本開示の技術案について説明する。
【００２４】
本実施例に使用される「有する」、「含む」および「備える」等のような用語は、１つまたは複数の他の要素またはその組み合わせの存在または追加を除外しない。それと同時に、本開示の具体的な実施形態を説明するために、明細書の図面に示される模式図は、本開示に係る層と領域の厚さを拡大し、且つ示されるパターンのサイズは実際の寸法を示すものではない。明細書の図面は模式的なものである。明細書に示される実施例は、明細書の図面に示す領域の特定の形状のみに限定されるものではなく、製造によるばらつき等の得られた形状を含むものであるべきである。
【００２５】
パワートランジスタは、低オン抵抗を取得するための活性領域と、活性領域における最縁部のセルの耐圧を向上させるための終端領域とを備える。終端領域は、パワートランジスタにおける汎用構造であり、異なる製品の要求に応じて異なる設計構造を有し、本実施例においては、トレンチ型パワートランジスタの終端領域の構造を示して説明していない。本実施例で説明するトレンチ型パワートランジスタは、パワートランジスタにおける活性領域の構造を意味する。
【００２６】
図３は、本実施例に係るトレンチ型パワートランジスタの断面構造模式図であり、図３に示すように、本実施例に係るトレンチ型パワートランジスタは、ｎ型ドレイン領域３１と、ｎ型ドレイン領域３１の上に位置するｎ型ドリフト領域３０とを備え、ｎ型ドレイン領域３１は、ドレイン金属コンタクト層７０を介してドレイン電圧に接続される。ｎ型ドリフト領域３０に、少なくとも２つのｐ型ボディ領域３３が形成され、各ｐ型ボディ領域３３に、ｐ型ボディコンタクト領域３８、第１のｎ型ソース領域３４ａおよび第２のｎ型ソース領域３４ｂがそれぞれ形成され、通常、ｐ型ボディコンタクト領域３８は、第１のｎ型ソース領域３４ａと第２のｎ型ソース領域３４ｂとの間に位置する。
【００２７】
該実施例において、３つのｐ型ボディ領域３３構造のみが模式的に示される。
【００２８】
本実施例に係るトレンチ型パワートランジスタは、ｐ型ボディコンタクト領域３８の上に位置する導電層３７を更に備え、導電層３７とｐ型ボディコンタクト領域３８とがボディ領域コンタクトダイオード構造を形成する。ここで、導電層３７は、該ボディ領域コンタクトダイオード構造のカソードであり、ｐ型ボディコンタクト領域３８は、該ボディ領域コンタクトダイオード構造のアノードである。一実施例において、導電層３７は、ｎ型ポリシリコン層であってもよく、金属層であってもよい。これにより、ボディ領域コンタクトダイオードは、シリコン系ボディ領域コンタクトダイオードであってもよく、ショットキーバリアダイオードであってもよい。
【００２９】
ｐ型ボディ領域３３とｎ型ドリフト領域３０との間に、トレンチ型パワートランジスタに寄生するボディダイオード構造が形成される。ここで、ｐ型ボディ領域３３は、ボディダイオードのアノードであり、ｎ型ドリフト領域３０は、ボディダイオードのカソードである。これにより、ボディ領域コンタクトダイオードのアノードは、ボディダイオードのアノードに接続される。
【００３０】
本実施例に係るトレンチ型パワートランジスタは、隣接する２つのｐ型ボディ領域３３の間に位置し、且つｎ型ドリフト領域３０内に凹んだゲートトレンチを更に備え、該ゲートトレンチの底部は、ｐ型ボディ領域３３の底部よりも高くてもよく、ｐ型ボディ領域３３の底部よりも低くてもよく、あるいはｐ型ボディ領域３３の底部と同じ深さに位置してもよい。図３は、ゲートトレンチの底部がｐ型ボディ領域３３の底部よりも低い場合のみを例として模式的に説明する。ゲートトレンチに、ゲート誘電体層３５、第１ゲート３６ａおよび第２ゲート３６ｂが設けられ、第１ゲート３６ａおよび第２ゲート３６ｂは、ゲートトレンチの内部の両側に位置する。第１ゲート３６ａは、外部のゲート電圧に接続され、第２ゲート３６ｂ、第１のｎ型ソース領域３４ａ、および第２のｎ型ソース領域３４ｂと、導電層３７とが電気的に接続され、それぞれソース電圧に接続される。該実施例において、導電層３７が第１のｎ型ソース領域３４ａおよび第２のｎ型ソース領域３４ｂに直接接触して接続されるため、導電層３７と第２ゲート３６ｂとを電気的に接続する必要がある。第１ゲート３６ａおよび第２ゲート３６ｂは、ゲートトレンチ内で絶縁誘電体層８０によって分離され、絶縁誘電体層８０は、通常、酸化シリコンである。
【００３１】
本実施例に係るトレンチ型パワートランジスタは、ｐ型ボディ領域３３に位置し、且つ第１のｎ型ソース領域３４ａとｎ型ドリフト領域３０との間に介在する第１電流チャネルを更に備え、第１ゲート３６ａは、ゲート電圧によって該第１電流チャネルのオン・オフを制御する。
【００３２】
本実施例に係るトレンチ型パワートランジスタは、ｐ型ボディ領域３３に位置し、且つ第２のｎ型ソース領域３４ｂとｎ型ドリフト領域３０との間に介在する第２電流チャネルを更に備え、第２ゲート３６ｂは、ソース電圧によって該第２電流チャネルのオン・オフを制御する。一実施例において、第１ゲート３６ａによって制御される第１電流チャネルのオン電圧は、第２ゲート３６ｂによって制御される第２電流チャネルのオン電圧よりも大きい。
【００３３】
電流チャネルは、ゲートに電圧が印加されるときに、パワートランジスタの半導体表面に形成される蓄積層および反転層であり、本実施例の図面において、トレンチ型パワートランジスタの第１電流チャネルおよび第２電流チャネルは、いずれも図示されていない。
【００３４】
図４は、本実施例に係るトレンチ型パワートランジスタの平面構造模式図である。ここで、図４は平面図ではなく、図４は、本実施例に係るトレンチ型パワートランジスタにおける一部の構造の位置関係を見下ろす角度から示すものに過ぎず、図４では、ソース金属コンタクトホール内のソース金属コンタクト層の位置のみを模式的に示した。図５は、図４に示すトレンチ型パワートランジスタのＡＡ方向に沿う断面構造模式図であり、図５では、３つのｐ型ボディ領域３３構造のみを模式的に示した。図４および図５は、図３に示すトレンチ型パワートランジスタに基づき、ショットキーバリアダイオード構造をボディ領域コンタクトダイオード構造として採用した本開示に係るトレンチ型パワートランジスタの一実施例に対応する。図４および図５に示すように、ｐ型ボディ領域３３の上にソース金属コンタクト層４７が直接形成され、ソース金属コンタクト層４７は、ｐ型ボディコンタクト領域３８の上に位置する導電層である。この時、ｐ型ボディコンタクト領域３８のドーピング濃度をｐ型ボディ領域３３のドーピング濃度の最大ピーク値よりも低くする必要があり、これにより、ｐ型ボディコンタクト領域３８とソース金属コンタクト層４７とがショットキーバリアダイオード構造を形成する。ここで、ソース金属コンタクト層４７は、該ショットキーバリアダイオードのカソードであり、ｐ型ボディコンタクト領域３８は、該ショットキーバリアダイオードのアノードである。ソース金属コンタクト層４７は、第２ゲート３６ｂ、第１のｎ型ソース領域３４ａ、および第２のｎ型ソース領域３４ｂに直接接続され、ソース金属コンタクト層４７は、外部のソース電圧に接続され、これにより、第２ゲート３６ｂは、ソース電圧により、第２のｎ型ソース領域３４ｂに近い側の第２電流チャネルのオン・オフを制御する。第１ゲート３６ａは、ゲート金属コンタクト層７４を介してゲート電圧に接続され、これにより、第１ゲート３６ａは、ゲート電圧により、第１のｎ型ソース領域３４ａに近い側の第１電流チャネルのオン・オフを制御する。ソース金属コンタクト層４７とゲート金属コンタクト層７４とは、層間絶縁層５０によって分離され、層間絶縁層５０は、通常、酸化シリコンガラス、ボロンリン酸化シリコンガラスまたはリン酸化シリコンガラス等の材料である。
【００３５】
図４および図５に示すようなトレンチ型パワートランジスタは、ショットキーバリアダイオードのコンタクトバリアが極めて低い場合、ショットキーバリアダイオード構造がオーミックコンタクト構造と等価になり得て、これにより、ある程度ボディダイオードに流れる逆電流を低減でき、ボディダイオード内の少数キャリアを減少でき、更に、トレンチ型パワートランジスタの逆回復電荷および逆回復時間を減少でき、トレンチ型パワートランジスタは高速の逆回復機能を実現でき、この時のトレンチ型パワートランジスタの逆回復速度は、高いコンタクトバリアのショットキーバリアダイオードを採用した場合の逆回復速度よりも遅いが、ボディ領域コンタクトダイオード構造がない従来のパワートランジスタの逆回復速度よりも速い。
【００３６】
図６は、本実施例に係る他のトレンチ型パワートランジスタの断面構造模式図であり、図６は、図３に示すトレンチ型パワートランジスタに基づき、シリコン系ボディ領域コンタクトダイオードをボディ領域コンタクトダイオード構造として採用した本開示に係るトレンチ型パワートランジスタの一実施例に対応する。図６に示すように、ｐ型ボディ領域３３の上にｎ型ポリシリコン層５７が形成され、ｎ型ポリシリコン層５７は、ｐ型ボディコンタクト領域３８の上に位置する導電層であり、これにより、ｐ型ボディコンタクト領域３８とｎ型ポリシリコン層５７とがシリコン系ボディ領域コンタクトダイオード構造を形成する。ここで、ｎ型ポリシリコン層５７は、該ボディ領域コンタクトダイオードのカソードであり、ｐ型ボディコンタクト領域３８は、該ボディ領域コンタクトダイオードのアノードである。図６に示すように、ｎ型ポリシリコン層５７は、第２ゲート３６ｂ、第１のｎ型ソース領域３４ａ、および第２のｎ型ソース領域３４ｂに直接接触して接続され、また、ｎ型ポリシリコン層５７は、ソース金属コンタクト層４７を介して外部のソース電圧に接続されてもよい。ｎ型ポリシリコン層５７は、第１のｎ型ソース領域３４ａおよび第２のｎ型ソース領域３４ｂに直接接触して接続され、第２ゲート３６ｂとｎ型ポリシリコン層５７とは、ソース金属コンタクト層を介して接続され、また、ソース金属コンタクト層は、外部のソース電圧に接続されてもよい。該実施例において、ｎ型ポリシリコン層５７は、第２ゲート３６ｂ、第１のｎ型ソース領域３４ａ、および第２のｎ型ソース領域３４ｂに直接接触して接続され、また、ｎ型ポリシリコン層５７は、ソース金属コンタクト層４７を介して外部のソース電圧に接続され、これにより、第２ゲート３６ｂは、ソース電圧により、第２ソース領域３４ｂに近い側の第２電流チャネルのオン・オフを制御する。第１ゲート３６ａは、ゲート金属コンタクト層（断面の位置関係に基づき、ゲート金属コンタクト層が図６に図示されていない）を介して外部のゲート電圧に接続され、これにより、第１ゲート３６ａは、ゲート電圧によって第１ソース領域３４ａに近い側の第１電流チャネルのオン・オフを制御する。ソース金属コンタクト層４７とゲート金属コンタクト層とは、層間絶縁層５０によって分離され、層間絶縁層５０は、通常、酸化シリコンガラス、ボロンリン酸化シリコンガラスまたはリン酸化シリコンガラス等の材料である。
【００３７】
図７は、本実施例に係る他のトレンチ型パワートランジスタの断面構造模式図である。図７に示すように、本実施例のトレンチ型パワートランジスタは、ｎ型ドレイン領域３１と、ｎ型ドレイン領域３１の上に位置するｎ型ドリフト領域３０とを備え、ｎ型ドレイン領域３１は、ドレイン金属コンタクト層７０を介してドレイン電圧に接続され、ｎ型ドリフト領域３０に、少なくとも２つのｐ型ボディ領域３３が形成され、前記ｐ型ボディ領域３３にｐ型ボディコンタクト領域３８、ｎ型ドーピング領域３９、第１のｎ型ソース領域３４ａおよび第２のｎ型ソース領域３４ｂが更に形成され、ｐ型ボディコンタクト領域３８およびｎ型ドーピング領域３９は、第１のｎ型ソース領域３４ａと第２のｎ型ソース領域３４ｂとの間に設けられ、ｎ型ドーピング領域３９は、ｐ型ボディコンタクト領域３８の上に位置し、ｎ型ドーピング領域３９は、ｐ型ボディコンタクト領域３８の上に位置する導電層であり、これにより、ｎ型ドーピング領域３９とｐ型ボディコンタクト領域３８とがシリコン系ボディ領域コンタクトダイオード構造を形成する。ここで、ｎ型ドーピング領域３９は、該ボディ領域コンタクトダイオード構造のカソードであり、ｐ型ボディコンタクト領域３８は、該ボディ領域コンタクトダイオード構造のアノードである。
【００３８】
本実施例に係るトレンチ型パワートランジスタは、隣接する２つのｐ型ボディ領域３３の間に位置し、且つｎ型ドリフト領域３０内に凹んだゲートトレンチを更に備え、該ゲートトレンチの底部は、ｐ型ボディ領域３３の底部よりも高くてもよく、ｐ型ボディ領域３３の底部よりも低くてもよく、あるいはｐ型ボディ領域３３の底部と同じ深さに位置してもよい。図７は、ゲートトレンチの底部がｐ型ボディ領域３３の底部よりも低い場合のみを例として模式的に説明する。ゲートトレンチに、ゲート誘電体層３５、第１ゲート３６ａおよび第２ゲート３６ｂが設けられ、第１ゲート３６ａおよび第２ゲート３６ｂは、ゲートトレンチの内部の両側に位置し、第１ゲート３６ａおよび第２ゲート３６ｂは、ゲートトレンチ内で絶縁誘電体層８０によって分離され、絶縁誘電体層８０は、通常、酸化シリコンである。
【００３９】
本実施例に係るトレンチ型パワートランジスタは、ｐ型ボディ領域３３に位置し、且つ第１のｎ型ソース領域３４ａとｎ型ドリフト領域３０との間に介在する第１電流チャネルを更に備え、第１ゲート３６ａは、ゲート金属コンタクト層（断面の位置関係に基づき、ゲート金属コンタクト層は図７に図示されていない）を介して外部のゲート電圧に接続され、これにより、第１ゲート３６ａは、ゲート電圧によって該第１電流チャネルのオン・オフを制御する。
【００４０】
本実施例に係るトレンチ型パワートランジスタは、ｐ型ボディ領域３３に位置し、且つ第２のｎ型ソース領域３４ｂとｎ型ドリフト領域３０との間に介在する第２電流チャネルを更に備え、第２ゲート３６ｂ、第１のｎ型ソース領域３４ａ、第２のｎ型ソース領域３４ｂおよびｎ型ドーピング領域３９は、いずれもソース金属コンタクト層４７を介して外部のソース電圧に接続され、これにより、第２ゲート３６ｂは、ソース電圧によって第２電流チャネルのオン・オフを制御する。
【００４１】
ソース金属コンタクト層４７とゲート金属コンタクト層とは、層間絶縁層５０によって分離され、層間絶縁層５０は、通常、酸化シリコンガラス、ボロンリン酸化シリコンガラスまたはリン酸化シリコンガラス等の材料である。
【００４２】
本実施例に係るトレンチ型パワートランジスタでは、第１ゲート３６ａおよび第２ゲート３６ｂは１つのゲートトレンチに形成されてもよく（図３、図５、図６および図７に示すように）、２つの異なるゲートトレンチに形成されてもよい。図８は、本実施例に係る他のトレンチ型パワートランジスタの断面構造模式図であり、図８は、図３に示すトレンチ型パワートランジスタに基づき、第１ゲート３６ａおよび第２ゲート３ｂを異なるゲートトレンチに形成させる本開示に係るトレンチ型パワートランジスタの一実施例に対応する。図８に示すように、本実施例のトレンチ型パワートランジスタのゲートトレンチは、第１ゲートトレンチおよび第２ゲートトレンチを更に備え、第１ゲートトレンチにゲート誘電体層３５および第１ゲート３６ａが設けられ、第２ゲートトレンチにゲート誘電体層３５および第２ゲート３６ｂが設けられ、第１ゲートトレンチおよび第２ゲートトレンチは、ｎ型ドリフト領域３０によって分離されてもよい。第１ゲート３６ａは、ゲート電圧により、ｐ型ボディ領域３３に位置し、且つ第１のｎ型ソース領域３４ａに近い側の第１電流チャネルのオン・オフを制御し、第２ゲート３６ｂは、ソース電圧により、ｐ型ボディ領域３３に位置し、且つ第２のｎ型ソース領域３４ｂに近い側の第２電流チャネルのオン・オフを制御する。
【００４３】
図９は、本実施例に係るトレンチ型パワートランジスタの等価回路の模式図を示す。図９に示すように、本実施例に係るトレンチ型パワートランジスタは、ドレイン３０１、ソース３０２、第１ゲート３０３ａ、第２ゲート３０３ｂ、ボディダイオード３０４およびボディ領域コンタクトダイオード３０５を備え、第２ゲート３０３ｂがソース３０２に接続され、ボディ領域コンタクトダイオード３０５はシリコン系ダイオードまたはショットキーバリアダイオードであってもよく、且つ、ボディダイオード３０４のカソードはドレイン３０１に接続され、ボディ領域コンタクトダイオード３０５のアノードはボディダイオード３０４のアノードに接続され、ボディ領域コンタクトダイオード３０５のカソードはソース３０２に接続される。第１ゲート３０３ａは制御ゲートであり、第１ゲート３０３ａはゲート電圧により、第１ゲート３０３ａによって制御される第１電流チャネルのオン・オフを制御する。第２ゲート３０３ｂはソース３０２に接続され、第２ゲート３０３ｂはソース電圧により、第２ゲートによって制御される第２電流チャネルのオン・オフを制御する。
【００４４】
本実施例に係るトレンチ型パワートランジスタの動作原理として、１）ゲート−ソース間電圧Ｖｇｓがトレンチ型パワートランジスタの閾値電圧Ｖｔｈ（すなわち、第１電流チャネルのオン電圧）よりも小さく、ドレイン−ソース間電圧Ｖｄｓが０Ｖよりも大きい場合、該トレンチ型パワートランジスタはオフ状態にあり、２）ゲート−ソース間電圧Ｖｇｓがトレンチ型パワートランジスタの閾値電圧Ｖｔｈに達し、ドレイン−ソース間電圧Ｖｄｓが０Ｖよりも大きい場合、該トレンチ型パワートランジスタは順方向にオンされ、この時、電流は、ドレインから第１電流チャネルを介してソースに流れるが、第２電流チャネルはオフ状態にあり、電流の流れがない。本実施例のトレンチ型パワートランジスタは、オフ時に、ソース−ドレイン間電圧Ｖｓｄが０Ｖよりも大きい場合、ボディ領域コンタクトダイオード３０５はマイナスバイアス状態にあるため、ボディダイオードに流れる逆電流を大幅に低減でき、ボディダイオード内の少数キャリアを大幅に低減でき、更に、パワートランジスタの逆回復電荷および逆回復時間を大幅に低減でき、パワートランジスタは高速の逆回復機能を実現できる。それと同時に、ソース−ドレイン間電圧Ｖｓｄが第２電流チャネルのオン電圧に達した場合、第２ゲート３０３ｂによって制御される第２電流チャネルがオン状態にあり、逆電流は、ソース３０２から第２電流チャネルを介してドレイン３０１に流れる。
【００４５】
図１０は、本実施例に係る他のトレンチ型パワートランジスタの断面構造模式図である。図１０に示すように、本実施例のトレンチ型パワートランジスタは、ｎ型ドレイン領域２１と、ｎ型ドレイン領域２１の上に位置するｎ型ドリフト領域２０とを備え、ｎ型ドレイン領域２１は、ドレイン金属コンタクト層（図１０に示されていない）を介して外部のドレイン電圧に接続される。
【００４６】
本実施例に係るトレンチ型パワートランジスタは、ｎ型ドリフト領域２０に位置する少なくとも２つのｐ型ボディ領域２７（図１０では、６つのｐ型ボディ領域２７の構造を模式的に示す）を更に備え、ｐ型ボディ領域２７にｐ型ボディコンタクト領域２９、第１のｎ型ソース領域２８および第２のｎ型ソース領域９８が設けられ、通常、ｐ型ボディコンタクト領域２９が第１のｎ型ソース領域２８と第２のｎ型ソース領域９８との間に設けられる。
【００４７】
ｐ型ボディ領域２７とｎ型ドリフト領域２０との間に、トレンチ型パワートランジスタに寄生するボディダイオード構造が形成される。ここで、ｐ型ボディ領域２７は、該ボディダイオードのアノードであり、ｎ型ドリフト領域２０は、該ボディダイオードのカソードである。
【００４８】
本実施例に係るトレンチ型パワートランジスタは、隣接する２つのｐ型ボディ領域２７の間に位置し、且つｎ型ドリフト領域２０内に凹んだゲートトレンチを更に備え、前記ゲートトレンチにゲート誘電体層２３、第１ゲート２４ａおよび第２ゲート２４ｂが設けられる。一実施例において、第１ゲート２４ａと第２ゲート２４ｂとは、それぞれ前記ゲートトレンチの内部の両側に位置する。
【００４９】
本実施例に係るトレンチ型パワートランジスタは、ｎ型ドリフト領域２０内に凹んだシールドゲートトレンチを更に備え、前記シールドゲートトレンチの開口は、前記ゲートトレンチの底部に位置する。ここで、シールドゲートトレンチの開口の幅は、ゲートトレンチの開口の幅と同じであってもよく、ゲートトレンチの開口の幅よりも大きくまたは小さくてもよい。図１０において、シールドゲートトレンチの開口の幅がゲートトレンチの開口の幅よりも小さい場合のみを例とする。
【００５０】
ｐ型ボディ領域２７の深さは、ｎ型ドリフト領域２０における前記ゲートトレンチの深さと同じであってもよく、前記ゲートトレンチの深さよりも大きくまたは小さくてもよい。図１０において、ｐ型ボディ領域２７の深さが前記ゲートトレンチの深さよりも小さい場合のみを例とする。
【００５１】
本実施例に係るトレンチ型パワートランジスタは、ｐ型ボディコンタクト領域２９の上に位置する導電層９９を更に備え、導電層９９とｐ型ボディコンタクト領域２９とがボディ領域コンタクトダイオード構造を形成する。ここで、導電層９９は、該ボディ領域コンタクトダイオードのカソードであり、ｐ型ボディコンタクト領域２９は、該ボディ領域コンタクトダイオードのアノードである。これにより、ボディ領域コンタクトダイオードのアノードは、ボディダイオードのアノードに接続される。
【００５２】
本実施例に係るトレンチ型パワートランジスタは、ｐ型ボディ領域２７に位置し、且つ第１のｎ型ソース領域２８とｎ型ドリフト領域２０との間に介在する第１電流チャネルを更に備え、第１ゲート２４ａは、外部のゲート電圧に接続され、第１ゲート２４ａは、ゲート電圧により、第１のｎ型ソース領域２８とｎ型ドリフト領域２０との間の第１電流チャネルのオン・オフを制御する。
【００５３】
本実施例に係るトレンチ型パワートランジスタは、ｐ型ボディ領域２７に位置し、且つ第２のｎ型ソース領域９８とｎ型ドリフト領域２０との間に介在する第２電流チャネルを更に備える。前記シールドゲートトレンチにフィールド酸化層２５および第３ゲート２６が設けられる。一実施例において、前記シールドゲートトレンチ内の第３ゲート２６は、前記ゲートトレンチ内まで上へ延在し、第３ゲート２６は、絶縁誘電体層を介してｎ型ドリフト領域２０、第１ゲート２４ａ、および第２ゲート２４ｂから分離され、図１０において、第３ゲート２６は、直接フィールド酸化層２５を介して、ｎ型ドリフト領域２０、第１ゲート２４ａ、および第２ゲート２４ｂから分離される。
【００５４】
第１のｎ型ソース領域２８、第２のｎ型ソース領域９８、第２ゲート２４ｂ、および第３ゲート２６と導電層９９とは、電気的に接続され、それぞれソース電圧に接続される。これにより、第２ゲート２４ｂは、ソース電圧により、第２のｎ型ソース領域９８とｎ型ドリフト領域２０との間の第２電流チャネルのオン・オフを制御し、第３ゲート２６はシールドゲートであり、第３ゲート２６は、ソース電圧により、ｎ型ドリフト領域２０内で横電界を形成し、オン抵抗を低減して耐圧を向上させる役割を果たす。
【００５５】
一実施例において、第１ゲート２４ａによって制御される第１電流チャネルのオン電圧は、第２ゲート２４ｂによって制御される第２電流チャネルのオン電圧よりも大きい。それと同時に、図１０において、導電層９９は第１のｎ型ソース領域２８および第２のｎ型ソース領域９８に直接接触して接続されるため、導電層９９を第２ゲート２４ｂおよび第３ゲート２６に電気的に接続する必要がある。
【００５６】
本実施例のトレンチ型パワートランジスタを形成する際に、ｐ型ボディ領域の下方にｐ型コラムエピタキシャルドーピング領域を形成してもよく、該ｐ型コラムエピタキシャルドーピング領域のドーパント不純物とｎ型ドリフト領域のドーパント不純物とが電荷バランスを形成することで、スーパージャンクション構造を形成し、この時、本実施例のトレンチ型パワートランジスタは、スーパージャンクション構造を採用したパワートランジスタであり、スーパージャンクション構造のパワートランジスタは汎用構造である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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